机械密封相关知识

一、机械密封概述

机械密封（端面密封）是一种用来处理旋转轴与机体之间密封的安装。它是由至少一对垂直于旋转轴线的端面的流体压力和补偿机构弹力（或磁力）的作用及辅助密封的配合下坚持贴合下并相对滑动而构成避免流体走漏的安装，常用于泵、紧缩机、反响搅拌釜等旋转式流体机械，也用于齿轮箱、船舶尾轴等密封。因而，机械密封是一种通用的轴封安装。

机械密封构造多种多样，最常用的机械密封构造是端面密封。端面密封的静环、动环组成一对摩擦副，摩擦副的作用是避免介质走漏。它请求静环、动环，具有良好的耐磨性，动环能够在轴向灵敏的挪动，自动补偿密封面磨损，使之与静环良好的贴合；静环具有浮动性，起缓冲作用。为此，密封面请求有良好的加工质量，保证密封副有良好的贴合性能。构成机械密封的根本元件有静环、动环、压盖、推环、弹簧、定位环、轴套、动环密封圈、静环密封圈轴套密封圈等。

弹性元件（弹簧、波纹管）它主要起预紧、补偿弛缓冲的作用，请求一直坚持足够的弹性来克制辅助密封和传动件的摩擦和动环等的惯性，保证端面密封副良好的贴合和动环的跟随性，资料请求耐腐蚀、耐疲倦。

辅助密封（O形圈、V形圈、U 形圈、楔形圈和异形圈等）它主要起静环和动环的密封作用，同时也起到浮动弛缓冲作用。请求静环的密封元件能保证静环与压盖之间的密封性，静环有一定的浮动性，动环的密封元件能保证动环与轴或轴套之间的密封性和动环的浮动性。资料请求耐热等。

1、根本构造

1）端面密封摩擦副

2）缓冲补赏和压紧机构

3）辅助密封（二级密封挠性元件）

4）传动机构

2、根本密封点

1）端面主密封点

2）静环与端盖辅助密封点

3）动环与轴（轴套）辅助密封点

4）端盖与泵体衔接密封点

二、机械密封的优缺陷

1、优点

（1）构造牢靠，走漏量能够限制到很少，只需主密封面的外表粗糙度战争直度能保证到达请求，只需资料耐磨性好，机械密封能够到达很少走漏量，以至肉眼看不见走漏。

（2）寿命长。在机械密封中，主要磨损局部是密封摩擦副端面，由于密封端面的磨损量在正常工作条件下不大，普通能够连续运用1～2年，特殊场所下也有用到5～10年。

（3）运转中无需调整。由于机械密封靠弹簧力和流体压力使摩擦副贴合，在运转中自动坚持接触，装配后就不用像普通软填料那样需调整压紧。

（4）具有耐耐振性。在转速为3000r/min下最大振幅不超越 0.05mm运用PV值不时进步

（5）功率损失小。填料密封是靠盘根的压紧在轴上或轴套上起作用的。填料密封与轴直接摩擦，填料压的越紧摩擦力就越大、耗费功率也就越大。而机械密封的摩擦是处于半液摩擦状态，摩擦系数十分的小，机械密封的功率损失是填料密封的10～50%

（6）波纹管密封轴或轴套不受磨损，对旋转轴的振摆和轴对壳体的偏斜不敏感。

（7）适用范围广。当介质易燃、易爆、有毒有害时，采用机械密封可保证密封。它还适用于高温、低温、高压、真空各种转速的及腐蚀介质的设备密封。

2、缺陷

（1）如构造比填料密封复杂，加工精度请求高，并请求一定的装置技术等，特别是干气密封的装置请求更高。而且密封技术开展的很快，新技术不时呈现给我们维修带来了新的课题。

（2）构造复杂、拆装不便。与其它密封比拟，机械端面密封的零件数目多，请求精细，构造复杂。特别是在装配方面较艰难，拆装时要从轴端抽出密封环，必需把机器局部（联轴器）或全部拆卸。这一问标题前已作了某些改良，例如采用拆装便当并可保证装配质量的剖分式和集装式机械密封等。

三、机械密封的工作原理

机械密封亦称端面密封，是靠一对或数对垂直于轴作相对滑动的端面在流体压力和补偿机构的弹力（或磁力）作用下，依赖辅助密封的配合与另一端坚持贴合，并相对滑动，从而避免流体走漏。

四、机械密封常用资料的选用

清水，常温：（动）9Cr18，1Cr13 堆焊钴铬钨，铸铁；（静）浸树脂石墨，青铜，酚醛塑料。

河水（含泥沙），常温：（动）碳化钨，（静）碳化钨。

海水，常温：（动）碳化钨，1Cr13 堆焊钴铬钨，铸铁；（静）浸树脂石墨，碳化钨，金属陶瓷。

过热水 100度：（动）碳化钨，1Cr13 堆焊钴铬钨，铸铁；（静）浸树脂石墨，碳化钨，金属陶瓷。

汽油，光滑油，液态烃，常温：（动）碳化钨，1Cr13 堆焊钴铬钨，铸铁；（静）浸树脂或锡锑合金石墨，酚醛塑料。

汽油，光滑油，液态烃，100度：（动）碳化钨，1Cr13 堆焊钴铬钨；（静）浸青铜或树脂石墨。

汽油，光滑油，液态烃，含颗粒：（动）碳化钨；（静）碳化钨 。

五、密封资料的品种及用处

密封资料应满足密封功用的请求。由于被密封的介质不同，以及设备的工作条件不同，请求密封资料的具有不同的顺应性。对密封资料的请求普通是：

1） 资料致密性好，不易泄露介质。

2） 有恰当的机械强度和硬度。

3） 紧缩性和回弹性好，永世变形小。

4） 高温下不软化，不合成，低温下不硬化，不脆裂。

5） 抗腐蚀性能好，在酸，碱，油等介质中能长期工作，其体积和硬度变化小，且不粘附在金属外表上。

6） 摩擦系数小，耐磨性好。

7） 具有与密封面分离的柔软性。

8） 耐老化性好，经久耐用。

9） 加工制造便当，价钱廉价，取材容易。

六、机械密封装置、运用技术要领

1）设备转轴的径向跳动应≤0.04毫米，轴向窜动量不允许大于0.1毫米；

2）设备的密封部位在装置时应坚持清洁，密封零件应停止清洗，密封端面完好无损，避免杂质和灰尘带入密封部位；

3）在装置过程中严禁碰击、敲打，以免使机械密封摩擦副破损而密封失效；

4）装置时在与密封相接触的外表应涂一层清洁的机械油，以便能顺利装置；

5）装置静环压盖时，拧紧螺丝必需受力平均，保证静环端面与轴心线的垂直请求；

6）装置后用手推进动环，能使动环在轴上灵敏挪动，并有一定弹性；

7）装置后用手盘动转轴、转轴应无轻重觉得；

8）设备在运转前必需充溢介质，以避免干摩擦而使密封失效。

七、机械密封在工业方面开展及应用

橡胶是最常用的密封资料。除橡胶外，合适于做密封资料的还有石墨等，聚四氟乙烯以及各种密封胶等。

当前采用新资料和工艺的各种机械密封的新技术，停顿较快，有下列的机械密封新技术。密封面开槽密封技术近年来，在机械密封的密封端面上开了各种各样的流槽，以产生流体静、动压效应，如今还在不时更新。

零走漏密封技术过去总以为接触式和非接触式机械密封不可能到达零走漏（或无走漏）。以色列应用开槽密封技术，提出零走漏非接触式机械端面密封的新概念，并已用于核电站光滑油泵中。干运转气体密封技术这类密封是将开槽密封技术用于气体密封。上游泵送密封技术即应用密封面上开流槽将下游少量走漏流体泵送回上游。

上述几类密封的构造特性是：采用浅槽，且膜厚和流槽的深均属微米级，并采用光滑槽，径向密封坝和周向密封堰组成密封和承载局部。也能够说开槽密封是平面密封和开槽轴承的分离。其优点是走漏量小（以至无走漏）、膜厚大，消弭接触摩擦、功耗和发热量小。热流体动压密封技术它是应用各种外形较深的密封面流槽，形成部分热变形，以产生流体动力楔效应。这种具有流体动压承载才能的密封，称之为热流体动力楔密封。

波纹管密封技术可分为成型金属波纹管和焊接金属波纹管机械密封技术。

多端面密封技术分为双密封、中间环密封、多密封技术。另外还有平行面密封技术、监控密封技术、组合密封技术等。

八、机械密封冲洗计划及特性

冲洗的目的在于避免杂质集积，避免气囊构成，坚持和改善光滑等，当冲洗液温度较低时，兼有冷却作用。冲洗的方式主要有如下：

（一）内冲洗

1、正冲洗

1）特性：应用工作主机的被密封介质，由泵的出口端经过管路引入密封腔。

2）应用：用于清洁流体， p1稍大于p进，当温度高或有杂质时，可在管路上设置冷却器、过滤器等。

2、反冲洗

1）特性：应用工作主机的被密封介质，由泵的出口端引入密封腔，冲洗后经过管路流回泵入口。

2）应用：用于清洁流体，且p进

3、全冲洗

1）特性：应用工作主机的被密封介质，由泵的出口端经过管路引入密封腔，冲洗后再经管路流回泵入口。

（二）外冲洗

特性：引入外系统与被密封介质相容的清洁流体至密封腔停止冲洗。

应用：外冲洗液压力应比被密封介质大0.05--0.1MPa，适用于介质为高温或固体颗粒的场所。冲洗液的流量应保证带走热量，还需满足冲洗的需求，不会产生对密封件的冲蚀。为此，需控制密封腔的压力和冲洗的流速，普通清洁冲洗液的流速应小于5m/s；

含有颗粒的浆状液体须小于3m/s，为到达上述的流速值，冲洗液与密封腔压力的差值应<0.5MPa，普通取0.05--0.1MPa，对双端面机械密封可取0.1--0.2MP，冲洗液进入和排出密封腔的孔口位置，应设置在密封端面左近，且应在靠近动环侧，为了避免石墨环被冲蚀或因冷却不均惹起温差变形，以及杂质堆积和结焦等，可采用切向引入或多点冲洗.必要时，冲洗液能够是热水或蒸汽。

九、机械密封典型失效缘由剖析

（一）机械密封自身问题

1、镶装不到位或不平整。

2、载荷系数太大或端面比压设计不合理。

3、材质选用不当。

4、密封面不平。

5、密封面太宽或太窄。

（二）辅助系统问题

1、工况条件复杂，但没有冲洗等辅助设备。

2、冲洗管梗塞。

3、冷却管结垢。

（三）介质及工作条件问题

1、介质腐蚀性强。

2、介质中有固体颗粒。

3、设备抽空。

4、密封面结晶。

5、介质粘度太大。

（四）泵的问题

1、轴的加工精度不佳、串轴、跳动、装置间隙过大。

2、泵开启后振动太大。

3、压盖垫环不佳。

4、密封箱不平。

5、机械密封装置没有到达应有的紧缩量。

十、常见的渗漏现象

机械密封渗漏的比例占全部维修泵的50 %以上，机械密封的运转好坏直接影响到水泵的正常运转，现总结剖析如下：

1、周期性渗漏

（1）泵转子轴向窜动量大，辅助密封与轴的过盈量大，动环不能在轴上灵敏挪动。在泵翻转，动、静环磨损后，得不到补偿位移。

对策：在装配机械密封时，轴的轴向窜动量应小于0．1mm ，辅助密封与轴的过盈量应适中，在保证径向密封的同时，动环装配后保证能在轴上灵敏挪动（把动环压向弹簧能自在地弹回来）。

（2）密封面光滑油量缺乏惹起干摩擦或拉毛密封端面。

对策：油室腔内光滑油面高度应加到高于动、静环密封面。

（3）转子周期性振动。缘由是定子与上、下端盖未对中或叶轮和主轴不均衡，汽蚀或轴承损坏（磨损），这种状况会缩短密封寿命和产生渗漏。

对策：可依据维修规范来纠正上述问题。

2、由于压力产生的渗漏

（1）高压和压力波形成的机械密封渗漏由于弹簧比压力及总比压设计过大和密封腔内压力超越3MPa时，会使密封端面比压过大，液膜难以构成，密封端面磨损严重，发热量增加，形成密封面热变形。

对策：在装配机封时，弹簧紧缩量一定要按规则停止，不允许有过大或过小的现象，高压条件下的机械密封应采取措施。为使端面受力合理，尽量减小变形，可采用硬质合金、陶瓷等耐压强度高的资料，并增强冷却的光滑措施。

（2）真空状态运转形成的机械密封渗漏泵在起动、停机过程中，由于泵进口梗塞，抽送介质中含有气体等缘由，有可能使密封腔呈现负压，密封腔内若是负压，会惹起密封端面干摩擦，内装式机械密封会产生漏气（水）现象，真空密封与正压密封的不同点在于密封对象的方向性差别，而且机械密封也有其某一方向的顺应性。

对策：采用双端面机械密封，这样有助于改善光滑条件，进步密封性能。

3、由于介质惹起的渗漏

（1）大多数潜污泵机械密封拆解后，静环和动环的辅助密封件无弹性，有的曾经腐朽，形成了机封的大量渗漏以至有磨轴的现象。由于高温、污水中的弱酸、弱碱对静环和动环辅助橡胶密封件的腐蚀作用，形成了机械渗漏过大，动、静环橡胶密封圈资料为丁腈—40 ，不耐高温，不耐酸碱，当污水为酸性碱性时易腐蚀。

对策：对腐蚀性介质，橡胶件应选用耐高温、耐弱酸、弱碱的氟橡胶。

（2）固体颗粒杂质惹起的机械密封渗漏假如固体颗粒进入密封端面，将会划伤或加快密封端面的磨损，水垢和油污在轴（套）外表的堆积速度超越摩擦副的磨损速度，致使动环不能补偿磨耗位移，硬对硬摩擦副的运转寿命要比硬对石墨摩擦副的长，由于固体颗粒会嵌入石墨密封环的密封面内。

对策：在固体颗粒容易进入的位置应选用碳化钨对碳化钨摩擦副的机械密封。

4、因其他问题惹起的机械密封渗漏

机械密封中还存在设计、选择、装置等不够合理的中央。

（1）弹簧紧缩量一定要按规则停止，不允许有过大或过小的现象，误差±2mm ，紧缩量过大增加端面比压，摩擦热量过多，形成密封面热变形和加速端面磨损，紧缩量过小动静环端面比压缺乏，则不能密封。

（2）装置动环密封圈的轴（或轴套）端面及装置静环密封圈的密封压盖（或壳体）的端面应倒角并修光，以免装配时碰伤动静环密封圈。

十一、机封正常运转和维护问题

1、启动前的准备工作及留意事项

a 全面检查机械密封，以及隶属安装和管线装置能否齐全，能否契合技术请求。

b 机械密封启动行进行静压实验，检查机械密封能否有走漏现象。若走漏较多，应查清缘由设法消弭。如仍无效，则应拆卸检查并重新装置。普通静压实验压力用2-3公斤/平方厘米。

c 按泵旋向盘车，检查能否轻快平均。如盘车费劲或不动时，则应检查装配尺寸能否错误，装置能否合理。

2、装置与停运

a 启动前应坚持密封腔内充溢液体。关于保送凝固的介质时，应用蒸气将密封腔加热使介质凝结。启动前必需盘车，以避免忽然启动而形成软环碎裂。

b 关于应用泵外封油系统的机械密封，应先启动封油系统。停车后最后中止封油系统。

c 热油泵停运后不能马上中止封油腔及端面密封的冷却水，应待端面密封处油温降到80度以下时，才能够中止冷却水，以免损坏密封零件。

3、运转

a 泵启动后若有细微走漏现象，应察看一段时间。如连续运转4小时，走漏量仍不减小，则应停泵检查。

b 泵的操作压力应平稳，压力动摇不大于1公斤/平方厘米。

c 泵在运转中，应防止发作抽空现象，以免形成密封面干摩擦及密封毁坏。

机械密封自身是一种请求较高的精细部件，对设计、机械加工、装配质量都有很高的请求。在运用机械密封时，应剖析运用机械密封的各种要素，使机械密封适用于各种泵的技术请求和运用介质请求且有充沛的光滑条件，这样才干保证密封长期牢靠地运转。

上海谷传工业

2019.04.18